Возможности диффузионной спектроскопии с пространственным разрешением при определении гидратации и параметров микроциркуляторного русла биотканей

На конкретных примерах регистрации и обработки спектрально-пространственных профилей локального диффузного отражения светового излучения тканями руки человека продемонстрированы возможности спектроскопии диффузного отражения с пространственным разрешением при определении оптических свойств и параметров микроциркуляторного русла кровеносной системы поверхностных тканей. Показано, что наибольший вклад в разброс получаемых результатов вносят неоднородность свойств ткани, вызываемая индивидуальным распределением сосудов и градиентами концентраций хромофоров в исследуемой точке тела, а также недостатки применяемой расчетной модели, обусловленные плохой изученностью показателей поглощения основных хромофоров обескровленной и обезвоженной подкожной ткани. Приведена методика регистрации спектрально-пространственных профилей и их двухэтапной обработки, а также обсуждены ее возможности и недостатки. Показана перспективность применения спектроскопии диффузного отражения с пространственным разрешением при контроле гидратации поверхностных тканей в процессе лечения их воспаления и отеков.

1. А. И. Кубарко, В. А. Фираго. Неотложная кардиология и кардиоваскулярные риски, 2, № 2 (2018) 358—363

2. А. В. Шотт, В. Л. Казущик, А. П. Василевич, А. И. Протасевич, Р. В. Фарнин. Здравоохранение (Минск), № 6 (2010) 39—42

3. И. Ф. Малыхина, А. И. Неробеев, А. С. Добродеев, Е. В. Вербо, Е. И. Гарелик, К. С. Салихов. Вопросы реконструктивной и пластической хирургии, 53, № 2 (2015) 11—24

4. M. Pinto, M. L. Barjas Castro, S. Nascimenti. Transfusion, 53, N 4 (2013) 766—769

5. S. Hsu, S. Tzeng, C. Yang, J. Y. Lee, L. L. Huang, W.R. Chen, M. Hughes, Y. W. Chen, Y. K. Liao, S. H. Tseng. Biomed. Opt. Express, 6, N 2 (2015) 390—404

6. A. Bashkatov, E. Genina, V. Tuchin. J. Innovative Opt. Health Sci. 4, N 1 (2011) 9—38

7. V. Tuchin. Tissue Optics: Light Scattering Methods and Instruments for Medical Diagnostics. SPIE Press, Bellingham, WA (2015)

8. F. T. Liasi, R. Samatham, S. L. Jacques. J. Biomed. Opt., 22, N 11 (2017) 1—6

9. E. Zherebtsov, V. Dremin, A. Popov, A. Doronin, D. Kurakina, M. Kirillin, I. Meglinski, A. Bykov. Biomed. Opt. Express, 10, N 7 (2019) 3545—3559

10. V. Perekatova, A.Kostyuk, M. Kirillin, E. Sergeeva, D. Kurakina, O. Shemagina, A. Orlova, A. Khilov, I. Turchin. Diagnostics, 13, N 3 (2023) 457

11. С. А. Лысенко, М. М. Кугейко, В. А. Фираго, А. Н.Собчук. Журн. прикл. спектр., 81, № 1 (2014) 120—128 [S. A. Ly’senko, M. M. Kugeyko, V. A. Firago, A. N. Sobchuk. J. Appl. Spectr., 81, N 1 (2014) 118—126]

12. С. А. Лысенко, В. А. Фираго, М. М. Кугейко, А. И. Кубарко. Журн. прикл. спектр., 83, № 4 (2016) 606—615 [S. A. Lisenko, V. A. Firago, M. M. Kugeyko, A. I. Kubarko. J. Appl. Spectr., 83, N 4 (2016) 617—626]

13. S. Jacques, A. Gutsche, J. Schwartz, L. Wang, F. Tittel. Proc. SPIE, 10311, Medical Optical Tomography: Functional Imaging and Monitoring, 5 August 1993 (1993) 103110D(1—16)

14. R. Doornbos, R. Lang, M. Aadlers, F. Cross. Physics in Medicine and Biology, 44, N 4 (1999) 967—981

15. S. Jacques. Opt. Soc. Am. TOPS on Advances in Optical Imaging and Photon Migration. Florida United States, 2 (1996) 364—371

16. H. Arslan, Y. Dolukan. Academic Perspective Procedia, ISITES2018 Alanya–Antalya–Turkey, 1, N 1 (2018) 248—252

17. A. Rehman, I. Ahmad, S. Qureshi. Photodiagnosis and Photodynamic Therapy, 31 (2020) 101712

18. M. Larsson, H. Nilsson, T. Stromberg. Appl. Opt., 42, N 1 (2003) 124—134

19. T. Baran, M. Fenn, H. Foster. J. Biomed. Opt., 18, N 10 (2013) 107007(1—9)

20. F. Bevilacqua, D. Piguet, P. Marquet, C. Depeursinge, J. D. Gross. B. J. Tromberg. Appl. Optics, 38, N 22 (1999) 4939—4950

21. D. Cappon, T. Farrel, Q. Fang, J. Hayward. J. Biomed. Opt., 18, N 10 (2013) 107004(1—10)

22. L. Wang, S. L. Jacques, L. Zhehg. Comp. Methods Program Biomed., 47, N 2 (1995) 131—146

23. С. А. Лысенко. Методы оптической диагностики биологических объектов, Минск, БГУ (2014)

24. I. Fredriksson, R. Saager, A. Durkin, T. Strömberg. J. Biomed. Opt., 22, N 11 (2017) 115004(1—9)

25. P. Martinsen, J. Blaschke, K. Kunnemeyer, R. Jordan. Comp. Phys. Commun., 180, N 10 (2009) 1983—1989

26. X. Cheng, H. Chen, E. J. Sie, F. Marsili, D. A. Boas. J. Biomed. Opt., 27, N 7 (2022) 083009(1—14)

27. A. Kim, B. Wilson. Optical-Thermal Response of Laser-Irradiated Tissue, Springer, Dordrecht (2011) 267—319, doi:10.1007/978-90-481-8831-4_8

28. A. Sanchez-Cano, J. Saldana-Diaz, L. Perdices, I. Pinilla. Appl. Opt., 59, N 13 (2020) D111—D117

29. T. J. Farrell, M. S. Patterson, B. C. Wilson. Med. Phys., 19, N 4 (1992) 881—888

30. Y. Yamada, H. Suzuki, Y. Yamashita. Appl. Sci., 9, N 6 (2019) 1127

31. T. J. Farrell, M. S. Patterson. J. Biomed. Opt., 6, N 4 (2001) 468—473

32. H. Jensen, S. Marschner, M. Levoy, P. Hanrahan. Proceedings of the 28th Annual Conf. Computer Graphics and Interactive Techniques, ACM Press, New York (2001) 511—518

33. K. Vishwanath, K. Chang, D. Klein, Y. F. Deng, V. Chang, J. E. Phelps, N. Ramanujam. Appl. Spectrosc., 62, N 2 (2011) 206—215

34. H. Liut, A. Boast, Y. Zhangt, A. G. Yodh, B. Chance. Phys. Med. Biol., 40, N 11 (1995) 1983—1993

35. Y.-W. Ri, S.-H. Jong, S.-J. Im. arXiv preprint arXiv:1409.4246 (2014) 1—9

36. A. Kienle, M. S. Patterson. J. Opt. Soc. Am. A: Opt. Imag. Sci. Vis., 14, N 1 (1997) 246—254

37. R. Haskell, L. O. Svaasand, T. Tsay, T. C. Feng, M. S. McAdams, B. J. Tromberg. J. Opt. Soc. Am. A: Opt. Imag. Sci. Vis., 11, N 10 (1994) 2727—2741

38. A. Pifferi, J. Swartling, E. Chikoidze, A. Torricelli, P. Taroni, A. Bassi, S. Andersson-Engels, R. Cubeddu. J. Biomed. Opt., 9, N 6 (2004) 1143—1151

39. J. Swartling, J. Dam, S. Andersson-Engels. Appl. Opt., 42, N 22 (2003) 4612—4620

40. S. Fantini, A. Sassaroli. Front in Neurosci., 14, N 4 (2020) 1—18

41. G. Blaney, R. Donaldson, S. Mushtak, H. Nguyen, L. Vignale, C. Fernandez, T. Pham, A. Sassaroli, S. Fantini. Appl. Sci. (Basel), 11, N 4 (2021) 1—14

42. O. Hotra, V. Firago, K. Shuliko, P. Kisała. Electronics, 12, N 13 (2023) 2893

43. В. А. Фираго. Журн. прикл. спектр., 91, № 1 (2024) 107—123 [V. A. Firago. J. Appl. Spectr., 91, N 1 (2024) 94—109]

44. V. A. Firago, N. V. Levkovich, K. I. Shuliko. Devices and Methods of Measurements, 13, N 2 (2022) 50—59

45. E. Dervieux, Q. Bodinier, W. Uhring, M. Theron. J. Biomed. Opt., 25, N 10 (2020) 1—15

46. R. Nachabé, D. J. Evers, B. H. Hendriks, G. W. Lucassen, M. van der Voort, J. Wesseling, T. J. Ruers. Biomed. Opt. Express, 2, N 3 (2011) 600—614

47. N. Rajaram, A. Gopal, X. Zhang, J. W.Tunnell. Laser Surg. Med., 42, N 7 (2010) 680—688

48. L. Luo, M. Liu. J. Endocrinol., 231, N 3 (2016) R77—R99 [49] Т. И. Романцева. Ожирение и метаболизм, 18, № 3 (2021) 282—301