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% 9.2610-6 Раствор фруктозы (50%) в воде 41% 1.9910-6 (20%) и спирте (30%) Водный 60%-раствор глицерина 33% 0.5710-6 Раствор глицерина (50%) в воде 38% 0.8210-6 (40%) и ДМСО (10%) Омнипак® (300 мг йода/мл) 69% 2.8210-6 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